頁巖氣平臺井泡沫排水采氣技術

張子潤

摘 要：氣井生產(chǎn)特征表現(xiàn)為低壓低產(chǎn)階段生產(chǎn)時間長，平均65%的天然氣儲量在井口壓力低于3.5MPa階段采出，因此，維護氣井低壓階段的穩(wěn)產(chǎn)是提高氣藏采收率的關鍵。低壓階段氣井井口壓力及日產(chǎn)量仍隨著生產(chǎn)時間的增加逐漸降低，至2017年底氣井平均井口油壓1.4MPa、單井日均產(chǎn)氣0.43×104m3，總體呈現(xiàn)低壓低產(chǎn)、流體特征差異大、排液穩(wěn)產(chǎn)難度越來越大的特點。本文對頁巖氣平臺井泡沫排水采氣技術進行分析，以供參考。

關鍵詞：頁巖氣平臺;井泡沫排水;采氣技術

1 概述

泡沫排水采氣（泡排）主要原理為將起泡劑從油管或套管中加入，起泡劑與地層液結(jié)合，氣流攪動發(fā)泡，產(chǎn)生大量低密度含水泡沫，降低液體密度，增加表觀黏度，減少液體呈現(xiàn)旋狀流、段塞流時的“滑脫”損失，臨界攜液流速也隨之降低，降低井底回壓，在氣井中則表現(xiàn)為積液高度泡沫化后帶出所需氣流量將明顯降低，保持氣井持續(xù)充分排液，提供氣井儲層有效滲透率、單井產(chǎn)量及采收率。具有高可調(diào)節(jié)性、工藝簡單、操作方便、成本低、不受井斜的限制、適用范圍廣的技術特點，在氣井自噴能力不足階段廣泛采用，在常規(guī)氣井和致密砂巖氣井中應用技術較成熟，在頁巖氣井中應用還處于起步摸索階段，國內(nèi)專家學者在這方面發(fā)表的文章也很少。

本文基于南川頁巖氣田常壓頁巖氣井排采資料，室內(nèi)分析與現(xiàn)場應用相結(jié)合，通過泡排實現(xiàn)氣井連續(xù)生產(chǎn)，對頁巖氣積液井排水采氣提供借鑒。

南川頁巖氣田平橋南區(qū)地理位置位于重慶市南川區(qū)水江鎮(zhèn)，構(gòu)造上位于川東褶皺帶萬縣復向斜南部的平橋斷背斜中南翼，主要目的層為志留系五峰組--龍馬溪組龍一段優(yōu)質(zhì)頁巖段①～⑤小層，目的層埋深為2600～4500m，平均為3200m，地層壓力系數(shù)1.2～1.3。區(qū)塊目前投產(chǎn)33口井，氣井可分為自噴生產(chǎn)--間歇生產(chǎn)--壓縮機地面增壓--低壓排水四個階段，目前大部分井由于開采地層壓力降低自噴能力不足已經(jīng)進入間歇生產(chǎn)階段，實際流速小于臨界流速，井筒易產(chǎn)生積液，產(chǎn)氣量波動或逐漸下降，甚至不能連續(xù)生產(chǎn)，積液嚴重的井油壓降低為零，氣井出現(xiàn)水淹，需要通過泡排來提高氣井的攜液能力，保持連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。

2 現(xiàn)狀

國外頁巖氣田的泡排采用由一臺地面泵和一個藥劑罐組成的藥劑注入裝置，采用太陽能供電，一口井使用兩套注入裝置分別加注起泡劑和消泡劑。

根據(jù)國內(nèi)頁巖氣的管理模式、水平井井型、集輸工藝的要求，需要采用橇裝化、遠程控制的藥劑自動加注裝置，使用起泡力、穩(wěn)泡性、攜液量更優(yōu)的起泡劑及消泡性能更優(yōu)的消泡劑。

因此結(jié)合現(xiàn)場生產(chǎn)和集輸工藝流程，通過優(yōu)選泡排工藝流程、研制并持續(xù)改進平臺整體橇裝化遠程控制起泡劑和消泡劑自動加注裝置、優(yōu)化起泡劑和消泡劑性能、建立消泡效果監(jiān)控方法，形成了一套適用于川南地區(qū)長寧區(qū)塊頁巖氣平臺井的整體泡排工藝技術。

3 井下節(jié)流氣井排水采氣工藝技術

3.1 柱塞氣舉排水采氣工藝

泡沫排水采氣工藝不需要消泡工藝，井口采取自動化控制，并且不需要消耗動力，比較適合小的氣井。當前柱塞氣舉排水采氣技術在工藝優(yōu)化設計、理論基礎、設備型號選取等方面有深入了解。氣田西部采用中低壓集氣方式，在每一個氣井都配備一個節(jié)流器，大部分井底都不存在積液，在氣井后期比較適合使用柱塞氣舉排水采氣工技術，打撈出節(jié)流器以后，開始排水采氣，但是僅適用于小水量氣井，所以該項技術在開發(fā)初期不適用。

3.2 合理攜液生產(chǎn)制度排水采氣工藝

該項工藝不支持氣井長期生產(chǎn)，在不采取輔助措施的前提下，為了保證氣井能夠穩(wěn)定運行，可以通過調(diào)整氣井產(chǎn)氣量，或者根據(jù)實際情況對開井時間做出適當調(diào)整，從而為攜液正常生產(chǎn)提供有效保障。這種采氣工藝最大的特點可以依據(jù)氣井壓力變化情況確定瞬時流量，與油管臨界攜液流量相比，此流量要大一些，具有優(yōu)化開井時間的功效，在此期間井底積液回壓會隨之減少，位于儲層的部分產(chǎn)能將被釋放，氣井產(chǎn)量將出現(xiàn)很大幅度提升。通過觀察多年應用效果可知，該項工藝在弱噴井或者間開井中應用效果比較好，并且產(chǎn)量不會超過50m3/d，具有較強的適應性，應用效果良好。如果將該項工藝應用到氣井，想要提高產(chǎn)量，可以通過調(diào)整節(jié)流器嘴孔徑大小來實現(xiàn)生產(chǎn)目標，使得氣井攜液流量需求得以滿足。

3.3 井口增壓與泡排組合采氣工藝

該項工藝的使用是將一定比例的泡沫劑注入套管環(huán)空內(nèi)，使得地層水表面張力變小，此時積液密度也會隨之降低，為舉升創(chuàng)造了便利條件。將地層水分與泡沫液混合以后，形成舉升泡沫狀流體，位于井口的回壓逐漸降低，同時加大增壓機抽吸能力，在井筒內(nèi)部形成舉升壓力差，導致短時間內(nèi)氣井產(chǎn)量有很大幅度的提升，有助于泡沫狀流體從井筒中排出。為了保證增壓機能夠正常運行，在進氣口位置安裝分離器，使得液體能夠通過該裝置分離排出，避免液體對增壓機運行造成影響。

4 頁巖氣泡排工藝技術實踐

加注裝置功能改進，起泡劑和消泡劑加注裝置的結(jié)構(gòu)需要與現(xiàn)場泡排工藝流程配套，具備自動配液、自動加注控制、故障報警等功能，滿足橇裝化、無人值守、遠程控制的要求。在消泡劑加注裝置上，根據(jù)井場集輸工藝流程及消泡工藝流程的變化進行了持續(xù)改進。采用集中消泡工藝流程時，消泡劑加注裝置采用兩臺雙泵頭加注泵（一備一用），對兩個分離器進行消泡劑連續(xù)加注。采用單井消泡工藝流程時，改進為一井一泵連續(xù)加注，各井共用一臺備用泵，可自動配液、自動故障報警、遠程控制裝置的運行，通過調(diào)整各井消泡泵排量、消泡劑配制比例來調(diào)整各井的消泡劑加量。有增壓機的平臺，基于單井消泡工藝流程的消泡劑加注裝置，增加一臺二級消泡泵。

5 消泡劑優(yōu)化及消泡效果監(jiān)控

5.1 控制起泡劑用量

在保證泡排效果的基礎上，盡量降低起泡劑用量。通過對起泡劑加注制度的優(yōu)化，起泡劑用量控制在2.0g/L以內(nèi)可以滿足頁巖氣井帶液的要求。

5.2 加強對消泡效果的監(jiān)控

對消泡效果的監(jiān)控包括以下3項內(nèi)容：①從分離器排污口肉眼觀察，排污結(jié)束后污水池內(nèi)的泡沫應在3min內(nèi)完全消失;②緩慢打開高級孔板閥的排污閥門，肉眼觀察排污口為純氣或有少量水，無穩(wěn)定泡沫;③從排污口取泡排返出水進行二次發(fā)泡評價，要求100mL返排水樣以11000r/min高速攪拌1min后，初始泡沫體積小于等于15.0mL、3min時泡沫體積小于等于5.0mL。通過對消泡情況進行有效監(jiān)控，及時發(fā)現(xiàn)問題，并根據(jù)消泡情況調(diào)整消泡劑用量，從而提升消泡性能，進一步改善消泡效果。

6 頁巖氣開發(fā)環(huán)境管理的科技支撐

頁巖氣開發(fā)技術及政策研究，近年來，加大了相關科研課題的支持力度，保障科研資金，同重慶大學煤礦災害動力學與控制國家重點實驗室、重慶市非常規(guī)天然氣開發(fā)污染控制與資源化重點實驗室等科研機構(gòu)加強合作，共同推進頁巖氣環(huán)境保護實用技術及政策研究。開展了重慶市頁巖氣開發(fā)工程生態(tài)環(huán)境影響與監(jiān)管對策研究、頁巖氣開采項目環(huán)境影響評價技術規(guī)范研究、頁巖氣開采業(yè)污染防治技術政策等課題研究，取得了一定成果，為環(huán)境保護管理提供了科學支撐。

7 結(jié)束語

泡排劑使用抗壓裂液的藥劑，優(yōu)選起泡能力強、攜液量大、耐高礦化度水質(zhì)的XHY-4M液體起泡劑和消泡速度快、抑泡能力強的XXP-1消泡劑，起泡劑使用濃度為產(chǎn)水量的0.2%～0.3%，起泡劑：消泡劑=1：1，對于積液嚴重井初期應適當提高起泡劑用量至0.3%，并輔以XHG-10E固體起泡劑。

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